协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制系统和方法与流程
本发明涉及一种智能信号控制系统，特别涉及一种快速通过路口的智能交通信号控制系统及控制方法。
背景技术：
随着科学进步，人们生活水平的不断提高，私家车、公共汽车、工程车等越来越多，因而造成了一些时间段如高峰期等时间段在交通路口的拥堵，现有技术中，交通信号的周期是通过系统设定死的，不能根据各方向的拥堵情况进行通行调节的功能，因此，会为一些特定车带来巨大困扰。
众所周知，特定车辆如警车、消防车、救护车、工程救险车等享有道路优先通行权，普通车会对特定车辆进行避让。在交通路口(即红路灯路口)恰好是红灯时，特定车能直接通行，但是如果等待红灯的车辆较多，造成拥堵路口时，特定车辆即使具有优先通行的特权，但也过不去，因此，大幅缩短特定车辆在交通路口所需要的通行时间成为智能交通信号控制系统急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种快速通过路口的智能交通信号控制系统，此系统可以整体优化道路的实时交通路况，解决交通路口不同方向的车辆通行时间不对称的问题，进而缩短整体车辆在交通路口通行的时间；
本发明的目的还在于提供一种快速通过路口的智能交通信号控制方法，此系统可以整体优化道路的实时交通路况，解决交通路口不同方向的车辆通行时间不对称的问题，进而缩短整体车辆在交通路口通行的时间；
本发明的目的在于提供一种快速通过路口的智能交通信号控制系统，缩短或消除特定车辆在交通路口通过因红灯堵车而产生的时间，从而缩短特定车辆在交通路口处的行驶时间；
本发明的目的还在于提供一种快速通过路口的智能交通信号控制方法，缩短或消除特定车辆在交通路口通过因红灯堵车而产生的时间，从而缩短特定车辆在交通路口处的行驶时间。
本发明的目的在于提供一种协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制系统，包括：
信号灯单元；
路况监控单元，所述路况监控单元设置在交通路口的交通信号灯上方或/和各路段，所述路况监控单元包括路况采集模块和路况信息发送模块，所述路况采集模块实时采集某路段的车辆数量和拥堵滞留车辆数量等路况信息，所述路况信息发送模块将路况信息发送至智能调控单元；
智能调控单元，所述智能调控单元与所述信号灯单元及路况监控单元信号连接，所述智能调控单元接收相应路段的车辆数量及拥堵滞留车辆数量等信息，得到相应路段及相应时间内可以到达路口的有效车辆的数量并实时得出路口相应通行方向需要分配的绿灯通行时长。
依照本申请较佳实施例所述的快速通过路口的智能交通信号控制系统，所述路况采集模块还包括红外线传感器和计数器，所述红外线传感器和计数器设置在交通路口和各路段，所述红外传感器通过红外扫描识别车辆，当一车辆通过直行车道路口和各路段时，所述红外传感器发送计数信号至计数器，所述计数器将通过的车辆增加一个。
依照本申请较佳实施例所述的快速通过路口的智能交通信号控制系统，所述智能调控单元包括中央处理模块、计算模块和调控模块，所述计算模块从相应路段车辆信息计算有效车辆信息及路口拥堵或滞留的车辆信息并发送至所述中央处理模块并保留存储，所述中央处理模块接收有效车辆信息和路口拥堵滞留车辆信息并将此前两个周期内及此时获得的相应路段的有效车辆信息和拥堵滞留车辆信息发送至所述调控模块，所述调控模块得出相应通行方向分配的绿灯通行时长并调控信号灯单元的绿灯时长。
本发明还提供一种协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制系统，包括特定车子系统和交通信号控制子系统：
所述特定车子系统包括
导航定位单元，所述定位单元包括gps定位模块和定位信息发送模块，所述gps定位模块实时提供特定车的行车路线、精确位置和车速，并通过所述定位信息发送模块实时传输数据至所述交通信号控制子系统；
所述交通信号控制子系统包括
信号灯单元；
路况监控单元，所述路况监控单元设置在交通路口的交通信号灯上方或/和各路段，所述路况监控单元包括路况采集模块和路况信息发送模块，所述路况采集模块实时采集特定车行车路线上某路段的车辆数量和拥堵情况等路况信息，所述路况信息发送模块将路况信息发送至智能调控单元；
智能调控单元，所述智能控制单元与所述信号灯单元信号连接，所述智能调控单元接收特定车的行车路线、精确位置、车速和交通路口的路况信息并调节在特定车行车路线上和即将到达的交通路口的周期时长和频率，特定车到达该交通路口时所需要的通行方向恰好在绿灯通行范围内。
依照本申请较佳实施例所述的快速通过路口的智能交通信号控制系统，所述路况采集模块还包括红外线传感器和计数器，所述红外线传感器和计数器设置在交通路口和各路段，所述红外传感器通过红外扫描识别车辆，当一车辆通过直行车道路口和各路段时，所述红外传感器发送计数信号至计数器，所述计数器将通过的车辆增加一个。
依照本申请较佳实施例所述的快速通过路口的智能交通信号控制系统，所述智能调控单元包括中央处理模块、计算模块和调控模块，所述计算模块从相应路段车辆信息计算有效车辆信息及路口拥堵或滞留的车辆信息并发送至所述中央处理模块并保留存储在中央处理模块内，所述中央处理模块接收有效车辆信息和路口拥堵滞留车辆信息并将此前两个周期内及此时获得的相应路段的有效车辆信息和拥堵滞留车辆信息发送至所述调控模块，所述调控模块得出相应通行方向分配的绿灯通行时长并调控信号灯单元的绿灯时长。
本发明还提供一种协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制方法，包括以下几个步骤：
s1、路况监控单元发送车辆信息至计算模块；
s2、计算模块计算由此时非通行方向的绿灯时长范围内可以到达路口有效车辆及拥堵滞留在路口的车辆信息；
s3、计算模块发送有效车辆及路口滞留车辆信息至中央处理模块并保留储存；
s4、中央处理模块将前两个周期及实时的有效车辆信息及路口滞留车辆信息进行均值处理后发送至调控模块；
s5、调控模块接收均值处理后的车辆信息由分配算法得到相应通行方向的绿灯时长，并调控信号灯单元的绿灯时长；
依照本申请较佳实施例所述的快速通过路口的智能交通信号控制方法，在s5步骤中，得出的相应通行方向的绿灯时长后则返回步骤s1继续获得另一通行方向的有效车辆等信息进行循环。
本发明还提供一种快速通过路口的智能交通信号控制方法，包括以下几个步骤：
s1、导航定位单元实时提供特定车的行车路线、精确位置和车速并发送至智能调控单元；
s2、路况监控单元实时采集特定车行车路线上某路段的车辆数量和拥堵情况等路况信息并发送至智能调控单元；
s3、智能调控单元获取该行车路线上一个或多个路段的路段名称并调取与该路段名称相关联的路段长度，计算抵达时间范围m；
s4、路况采集模块采集该路段的路况信息，智能调控单元计算出路口可能拥堵而需要疏通拥堵车辆的时间范围n；
s5、智能调控单元根据抵达时间范围m和疏通拥堵车辆的时间范围n得出相应适宜的调整信号灯单元周期时长的方案；
s6、特定车绿灯通过；
s7、交通路口的信号灯单元按整体优化的系统方案进行时间补偿调整。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明提供一种快速通过路口的智能交通信号控制系统和方法，此系统和方法可以整体优化道路的实时交通路况，解决交通路口不同方向的车辆通行时间不对称的问题，进而缩短整体车辆在交通路口通行的时间
本发明提供一种快速通过路口的智能交通信号控制系统和方法，通过智能交通信号控制系统的智能算法让特定车不耗时或少耗时通过交通路口，从而大幅缩短特定车在交通路口所需要的通行时间，减小特定车方案路线上的堵车几率：
一、缩短或消除特定车在交通路口通行因红灯堵车而产生的时间，从而缩短特定车在道路及交通路口处的行驶时间；
二、对正常的交通通行影响微小；
三、对整体道路网络信号的频率周期影响小；
四、智能交通信号控制系统可以更灵活的通过算法解决和优化车辆的通行问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明正常优化道路车辆通行的算法原理参考图；
图4为本发明协助特定车辆通行算法原理参考图。
具体实施方式
以下结合附图，举几个具体实施例加以详细说明。
实施例1
请参考图1，一种协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制系统，此系统可以整体优化道路的实时交通路况，解决交通路口不同方向的车辆通行时间不对称的问题，进而缩短整体车辆在交通路口通行的时间，此系统包括：
信号灯单元23，交通路口处的交通信号灯；
路况监控单元22，路况监控单元22设置在交通路口的交通信号灯上方或/和各路段，路况监控单元22包括路况采集模块221和路况信息发送模块222，路况采集模块221实时采集某路段的车辆数量和及拥堵滞留车辆数量等路况信息，路况信息发送模块222将路况信息发送至智能调控单元21；其中，路况采集模块221还包括红外线传感器和计数器，红外线传感器和计数器设置在交通路口和各路段，红外传感器通过红外扫描识别车辆，当一车辆通过直行车道路口和各路段时，红外传感器发送计数信号至计数器，计数器将通过的车辆增加一个。
智能调控单元21，智能调控单元21与信号灯单元23及路况监控单元22信号连接，智能调控单元2接收相应路段的车辆数量及拥堵滞留车辆数量等信息，得到相应路段及相应时间内可以到达路口的有效车辆的数量并实时得出路口相应通行方向需要分配的绿灯通行时长。其中，智能调控单元21包括中央处理模块211、计算模块213和调控模块212，计算模块213从相应路段车辆信息计算有效车辆信息及路口拥堵或滞留的车辆信息并发送至中央处理模块211并保留存储，中央处理模块211接收有效车辆信息和路口拥堵滞留车辆信息并将此前两个周期内及此时获得的相应路段的有效车辆信息和拥堵滞留车辆信息发送至调控模块212，调控模块212得出相应通行方向分配的绿灯通行时长并调控信号灯单元23的绿灯时长。
对应于上述系统，本实施例提供一种协助车辆快速通过路口的智能交通信号控制方法，包括以下几个步骤：
s1、路况监控单元发送车辆信息至计算模块；
s2、计算模块计算由此时非通行方向的绿灯时长范围内可以到达路口有效车辆及拥堵滞留在路口的车辆信息；
s3、计算模块发送有效车辆及路口滞留车辆信息至中央处理模块并保留储存；
s4、中央处理模块将前两个周期及实时的有效车辆信息及路口滞留车辆信息进行均值处理后发送至调控模块；
s5、调控模块接收均值处理后的车辆信息由分配算法得到相应通行方向的绿灯时长，并调控信号灯单元的绿灯时长。
在s5步骤中，得出的相应通行方向的绿灯时长后则返回步骤s1继续获得另一通行方向的有效车辆等信息进行循环。
正常优化道路车辆通行的算法：请参考图3，首先设东西通行方向为a方向，南北通行方向为b方向，则a方向绿灯时长为ta，b方向绿灯通行时长为tb。左转方向类似同理可得。路况监控单元采集车流信息(车速，车数量，车类型)实施传输数据至智能调控单元的数据接收端。通过车速和到路口的距离可得出车辆到达路口的时间，设a方向在b方向的绿灯通行时间t2的时间范围内可到达路口的车辆称为有效车辆xa(数量值)和在a通行方向因拥堵而未及时通过的滞留车辆称为ya(数量值)。同理得b方向上的两个变量xb和yb。变量x和y为两个相向方向的车数量和值并都可以通过路况监控单元及路边的路况采集模块获得。
注：一：有效车辆x的得到过程：在相应时间范围里受检测到的车辆可以到达路口的数量，即由受检测到车辆的车速(v车)和距离位置(s车)得到车辆到达路口的时间(t车)，有效车辆的t车满足于小于相应的时间值(相应的时间值为非通行方向绿灯时长加上微调的范围值)。二：由算法得出的分配时间ta和tb有一个设定的上限值和下限值，避免多次循环使得ta和tb的值相差过大引起的分化。三：ta+tb＝t总的设定作用为确定ta和tb的范围并方便求解。(不同道路可按情况设定不同的值)。
具体算法：一，未出现拥堵的情况下：变量确定顺序x→
二，出现拥堵滞留的情况下：若出现拥堵停滞则增加一个变量y，同理进行平均值计算得
算法思路描述：通过道路中采集的车流信息(车速，位置，车辆类型)传输至智能调控单元中计算可得路口两个通行方向的绿灯时长的智能分配。
目的：智能的根据道路车流的具体情况来分配两个通行方向的绿灯通行时长，从而提升整体的道路车辆通行效率。
实施例2
参考图1和图2，本实施例是将特定车应用到实施例1中，即将特定车应用在整体优化道路方案上，此系统协助特定车不费时通过交通路口的组成分为两部分，特定车子系统1和交通信号控制子系统2：
特定车子系统1包括导航定位单元，导航定位单元包括gps定位模块11和定位信息发送模块12，gps定位模块11从百度地图上获取抵达目的地的行车路线，行车路线包括行车经过一个或多个路段的路段名称，gps定位模块11还实时提供特定车的精确位置和(平均)车速，并通过定位信息发送模块12实时传输数据至交通信号控制子系统2；
交通信号控制子系统2包括：
信号灯单元23；
路况监控单元22，路况监控单元22包括路况采集模块221和路况信息发送模块222，路况采集模块221实时采集特定车行车路线上某路段的车辆数量和拥堵情况等路况信息，路况信息发送模块222将路况信息发送至智能调控单元21；路况采集模块221还包括红外线传感器和计数器，红外线传感器和计数器设置在交通信号灯单元23上方和各路段，红外传感器通过红外扫描识别车辆，当一车辆通过直行车道路口和各路段时，红外传感器发送计数信号至计数器，计数器将通过的车辆增加一个；
智能调控单元21，智能调控单元21接收特定车的行车路线、精确位置、车速和交通路口监控路况等信息，并通过智能调控单元21调节在特定车行车路线上和即将到达的交通路口的周期时长和频率，不改变通行周期变化的次序，从而使特定车到达该交通路口时所需要的通行方向恰好在绿灯通行范围内，减少或消除特定车在交通路口因红灯堵车不能正常通行的时间。在本发明中，智能调控单元包括中央处理模块211、计算模块213和调控模块212，中央处理模块211接收特定车的行车路线、精确位置、车速和交通路口的路况信息并发送给计算模块213，计算模块213计算特定车到达交通路口的时间范围和疏通拥堵车辆的时间范围n并发送至中央处理模块211，中央处理模块211接收特定车到达交通路口的时间范围和疏通拥堵车辆的时间范围n并发送至调控模块212，调控模块212得出相应适宜的调整信号灯单元周期时长的方案并调控信号灯单元23的周期时长。
智能调控单元21的调控原理：由特定车子系统1提供的车速及位置信息可以得出特定车到方案路线中下一个经过的交通路口的时间范围，此时特定车到下一个交通路口的时间范围确定，则开始通过相应算法的计算来调节该路口红绿灯周期时长(例如原先非路线方向正常通行时间为60s则可相应调节为30s，路线方向的通行周期时长可调至80s，只改变两个方向的通行时长并不影响通行次序，所以对交通车辆的通行影响较小。通过改变路线方向和非路线方向的周期时长来使得特定车在算法程序的计算下恰好在路线方向通行时间的范围内通过该路口。)在特定车通过该路口后可逐渐恢复原先交通路口的相应周期频率及时长。智能调控单元21可通过交通路口的监控掌握交通路口的车辆数量及拥堵情况，预先测算出该路口疏通车辆所需要的时间范围并结合相应算法使得特定车在该交通路口为绿灯正常通行。
与现有的固定的交通信号相比更具有灵活性，更适应时代技术的发展，可以通过算法程序以及路况信息的大数据提高车辆通行的效率，缓解不对称的交通压力以及有利于特定车辆的通行。
智能调控单元21需要处理的几种情况分类：①非道路出行高峰时期：根据上述算法正常进行智能调节。②道路出行高峰时期：此时正常道路路口会产生一段拥堵状况，结合路口监控测算疏通该方向通行车辆的时间，并把这段时间加入智能调控周期时长的算法程序中进行计算，使得特定车在高峰拥堵路段的交通路口处依然可以正常通行。③特定车路线中交通路口密集的处理方式：根据原先的算法进行叠加运算，密集路口同时经过运算智能调节相应交通信号灯单元的周期时长，达到特定车在密集的各交通路口处正常绿灯通行和不停留不拥堵减速的目的。④特定车通过交通路口处后的智能信号调节，特定车通过后可由监控测算出原先特定车非通行方向的路段的车辆通行状况，并用优化整体车辆通行的系统进行调节。具体的调控方法步骤如下：
s1、gps定位模块实时提供特定车的行车路线、精确位置和平均车速并发送至智能调控单元；
s2、路况监控单元实时采集特定车行车路线上某路段的车辆数量和拥堵情况等路况信息并发送至智能调控单元；
s3、智能调控单元获取该行车路线上一个或多个路段的路段名称并调取与该路段名称相关联的路段长度，计算抵达时间范围m；
s4、路况采集模块采集该路段的路况信息，智能调控单元计算出路口可能拥堵而需要疏通拥堵车辆的时间范围n；
s5、智能调控单元根据抵达时间范围m和疏通拥堵车辆的时间范围n得出相应适宜的调整信号灯单元周期时长的方案；
s6、特定车绿灯通过；
s7、交通路口的信号灯单元按整体优化的系统方案进行时间补偿调整。
请参考图3，一，正常优化道路车辆通行的算法：首先设东西通行方向为a方向，南北通行方向为b方向，则a方向绿灯时长为ta，b方向绿灯通行时长为tb。左转方向类似同理可得。路况监控单元采集车流信息(车速，车数量，车类型)实施传输数据至智能调控单元的数据接收端。通过车速和到路口的距离可得出车辆到达路口的时间，设a方向在b方向的绿灯通行时间t2的时间范围内可到达路口的车辆称为有效车辆xa(数量值)和在a通行方向因拥堵而未及时通过的滞留车辆称为ya(数量值)。同理得b方向上的两个变量xb和yb。变量x和y为两个相向方向的车数量和值并都可以通过路况监控单元及路边的路况采集模块获得。
注：一：有效车辆x的得到过程：在相应时间范围里受检测到的车辆可以到达路口的数量，即由受检测到车辆的车速(v车)和距离位置(s车)得到车辆到达路口的时间(t车)，有效车辆的t车满足于小于相应的时间值(相应的时间值为非通行方向绿灯时长加上微调的范围值)。二：由算法得出的分配时间ta和tb有一个设定的上限值和下限值，避免多次循环使得ta和tb的值相差过大引起的分化。三：ta+tb＝t总的设定作用为确定ta和tb的范围并方便求解。(不同道路可按情况设定不同的值)。
具体算法：一，未出现拥堵的情况下：变量确定顺序x→
目的：智能的根据道路车流的具体情况来分配两个通行方向的绿灯通行时长，从而提升整体的道路车辆通行效率。
二，出现拥堵滞留的情况下：若出现拥堵停滞则增加一个变量y，同理进行平均值计算得
算法思路描述：通过道路中采集的车流信息(车速，位置，车辆类型)传输至智能调控单元中计算可得路口两个通行方向的绿灯时长的智能分配。
请参考图4，协助特定车辆通行算法原理：用计算机建立三角函数的方程及图像y＝(t总/2)sin(ωt+θ)+c，横坐标为t(时间)纵坐标为y(时间长度)，t轴的上下部分分别代表通行方向，已知特定车辆到达路口并通过的时间范围【t1，t2】，则t2-t1为通过路口需要的时长(时间长度)记为m，提前疏导滞留车辆的时长记为n(n＝t1-t0)，两者相加(m+n)为调节后通行方向所需要时长。两个方向通行一个完整周期的时长一定记为t总，则正常时刻两个通行方向的通行时长为t总/2，则(m+n-t总/2)为函数图像上升的值c。结合图像可知t2时刻和t0时刻，时长y的值为0，将c值和点(t0，0)，(t2，0)带入计算机的函数中求得具体函数方程。得出具体函数方程则得知此路口具体需要调整某通行方向的时长(通行方向调整时长为m+n)。获得具体函数方程的目的:借助函数反映调控程序在进入协助特定车辆通行的情况下的变化时长，以及何时切入进入调整的信号灯单元周期里，切入进调整周期由函数方程及图像，即离未到达的两个方向通行时长y＝0的时刻。切入进入调整周期环节：在确定函数方程及图像，特定车辆到达路口的时间范围时，会出现两种情况：一，在特定车辆通过路口需要的最长时间范围里【0，t2】，特定车辆的通行方向(图像的y值提高的部分)单部分周期大于一小于二，此时由路口监控及路边感应单元测得需要提前疏导车流的时间n应在特定车辆通行的单部分周期里加上一定时间作为周期不完整的补偿(n+t补)。二，特定车辆的通行方向(图像的y值提高的部分)单部分周期大于二，此时由路口监控及路边感应单元感测特定车辆通行方向需要疏导的时间，将疏导时间t疏精确到一个时间范围(类似于特定车辆到路口的时间范围)，程序设定t疏的时间范围值对应于特定车辆的通行方向(图像的y值提高的部分)单部分周期。由疏导时间值确定通行方向需要几个单部分周期，从而进一步确定进入调整周期的时间点。进入切入点的衔接，将切入点之前的部分时间(原先图像与t轴的交点到变化后图像与t轴的交点关于t轴方向的距离)分配到切入点后通行方向的绿灯时长中。
调控步骤：一，由感应器采集得各类数据，m，n，t0，t1，t2；
二，建立函数方程y＝(t总/2)sin(ωt+θ)+c(方程由已知量可以求出整体的方程)；
三，确定切入点(什么时候开始调整)；
四，下达指令；
五，特定车辆通行后由优化路口整体通行的算法进行补偿调节。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
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